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Die Erfindung betrifft eine Karosseriestruktur für ein zweispuriges Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Karosseriestruktur nach dem Anspruch 10.
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Die Bodengruppe einer Fahrzeugkarosserie weist unter anderem zwei seitliche Schweller auf. Zwischen diesen erstreckt sich in der Fahrzeugquerrichtung ein Fahrzeugbodenblechteil. Bei einem elektrisch betriebenen Fahrzeug kann zwischen den beiden Schwellern eine Traktionsbatterie unterhalb des Bodenblechteils positioniert sein. Die Traktionsbatterie muss als crashsensibles Funktionselement im Seitencrashfall, insbesondere bei einem Seitenpfahlcrash, weitgehend beschädigungsfrei bleiben.
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In einer gattungsgemäßen Karosseriestruktur ist jeder der seitlichen Schweller als Hohlträger mit einem Schweller-Hohlraum ausgebildet und begrenzt in der Fahrzeughochrichtung bodenseitig eine Fahrzeug-Seitentüröffnung. Der Schweller weist ein im Profilquerschnitt geschlossenen Schweller-Hohlraum auf und ist zusätzlich mit einer Seitencrash-Verstärkung ausgebildet, die den Schweller im Seitencrashfall aussteift. In der Karosseriestruktur kann die Seitencrash-Verstärkung exemplarisch aus einer Anzahl von Crashkonsolen ausgebildet sein, die zueinander in der Fahrzeuglängsrichtung beabstandet im Schweller-Hohlraum verbaut sind.
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In einer Prozesskette zur Herstellung des Fahrzeugs wird zunächst die obige Karosseriestruktur zusammengebaut. Anschließend erfolgt ein KTL-Prozess, bei dem in einem ersten Prozessschritt eine Tauchlackierung auf die Karosseriestruktur aufgebracht wird. In einem zweiten Prozessschritt wird die Karosseriestruktur in einen KTL-Ofen transferiert, in dem die Karosseriestruktur mit einem Heißluftstrom beaufschlagt ist, um die Tauchlackierung thermisch auszuhärten.
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Der Verbau der obigen Seitencrash-Verstärkung in den Schweller-Hohlraum bedeutet eine massive Bauteilanhäufung sowie einen sehr hohen Masse-Eintrag in den Schweller der Karosseriestruktur. Durch den hohen Masse-Eintrag kann die Trocknung und Aushärtung der Karosseriestruktur im KTL-Ofen nicht mehr prozesssicher gewährleistet werden, da gegebenenfalls Prozesszeiten sowie Trocknungsofen-Längen nicht mehr ausreichen.
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Aus der
DE 10 2013 216 782 A1 ist ein Stanzling zum dauerhaften Verschießen von Löchern bekannt. Aus der
DE 10 2017 210 025 A1 ist eine Batteriestützstruktur eines Fahrzeugkörpers bekannt. Aus der
US 2018 / 0134324 A1 ist eine Bodengruppe einer Fahrzeugkarosserie bekannt, die unter anderem zwei seitliche Schweller aufweist. Zwischen diesen erstreckt sich in der Fahrzeugquerrichtung ein Fahrzeugbodenblechteil.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Karosseriestruktur sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Karosseriestruktur bereitzustellen, bei der ein KTL-Prozess prozesssicher durchführbar ist.
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Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruche 1 oder des Anspruches 10 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Die Erfindung geht von dem Sachverhalt aus, dass bei einer herkömmlichen, für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug ausgelegten Karosseriestruktur es im Schweller-Hohlraum zu einer massiven Bauteil-Anhäufung sowie zu einem sehr hohen Masse-Eintrag kommt, wodurch der KTL-Prozess nicht mehr einwandfrei durchführbar ist. Vor diesem Hintergrund ist gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 der Schweller-Hohlträger - unter Beeinträchtigung der Schweller-Lasttragfähigkeit - mit zumindest einer KTL-Öffnung ausgebildet, die einen KTL-Zugang zum Schweller-Hohlraum bereitstellt, um insbesondere beim KTL-Prozess eine ausreichende und möglichst direkte Heißluft-Strömung in den Schweller-Hohlraum zu gewährleisten. Zudem ist dem Schweller zumindest ein Schließteil zugeordnet, mit dem die KTL-Öffnung kraftübertragend überbrückt werden kann, und zwar unter Wiederherstellung der Schweller-Lasttragfähigkeit.
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Erfindungsgemäß ist also die KTL-Öffnung wesentlich größer als herkömmliche KTL-Öffnungen gestaltet, um speziell im KTL-Trocknungsprozess eine ausreichende Heißluft-Strömung in den Schweller-Hohlraum zu gewährleisten. Das Schließteil wird erst nach erfolgtem KTL-Prozess an den bereits lackierten Schweller angebunden, um die aufgrund der KTL-Öffnung reduzierte Schweller-Lasttragfähigkeit wiederherzustellen.
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In einer technischen Umsetzung kann der Schweller aus einen in der Fahrzeugquerrichtung fahrzeugäußeren Schwelleraußenteil und einem in der Fahrzeugquerrichtung fahrzeuginneren Schwellerinnenteil aufgebaut sein. Diese sind an zumindest einer Flanschverbindung miteinander kraftübertragend verbunden. Zudem kann der Schweller ein insbesondere fahrzeugunteres Schließteil aufweisen, das in der Zusammenbaulage den Schweller-Hohlraum begrenzt. Das Schließteil kann zumindest teilweise den Schwellerboden bilden.
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Das Schließteil kann als ein separates Bauteil (insbesondere Blechteil) vorgehalten sein. Alternativ dazu kann das Schließteil auch integraler Bestandteil eines Batteriegehäuses sein. In diesem Fall wird beim Verbau der Traktionsbatterie in der Karosseriestruktur zugleich auch die KTL-Öffnung mit dem am Batteriegehäuse integrierten Schließteil geschlossen.
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Damit der Schweller im Crashfall bzw. im normalen Fahrbetrieb eine ausreichend bauteilsteife Tragstruktur bildet, ist es bevorzugt, wenn sowohl das Schwellerinnenteil als auch das Schwelleraußenteil jeweils schalenförmig ausgebildet sind. In diesem Fall kann das Schwellerinnenteil eine vertikale Innenwand aufweisen, von der in der Fahrzeugquerrichtung nach fahrzeugaußen eine obere Profilwand und eine untere Profilwand abragen. Das Schwelleraußenteil kann analog dazu eine vertikale Außenwand aufweisen, von der in der Fahrzeugquerrichtung nach fahrzeuginnen eine obere Profilwand und eine untere Profilwand abragen. Die oberen Profilwände der Schwellerinnen- und -außenteile können an einer oberen Flanschverbindung miteinander kraftübertragend verbunden sein.
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Demgegenüber sind die unteren Profilwände der Schwellerinnen- und -außenteile in der Fahrzeugquerrichtung über die KTL-Öffnung mit einer Spaltbreite voneinander beabstandet. Die KTL-Öffnung kann sich in der Fahrzeuglängsrichtung über eine Spaltlänge erstrecken. Beispielhaft kann sich die KTL-Öffnung von der A-Säule bis zur C-Säule des Fahrzeugs erstrecken. Die Spaltlänge der KTL-Öffnung kann zumindest der Traktionsbatterie-Länge entsprechen. Zudem kann die KTL-Öffnung über ihre gesamte Spaltlänge eine durchgängig konstante Spaltbreite aufweisen.
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Die Erfindung betrifft insbesondere ein elektrisch betriebenes Fahrzeug mit einer am Fahrzeugboden verbauten Traktionsbatterie, die in einer Fahrzeugquerrichtung beidseitig jeweils von einem karosserieseitigen Schweller begrenzt ist. In diesem Fall kann die Traktionsbatterie einen Gehäuseflansch aufweisen, der den Schweller untergreift und von fahrzeugunten an dem Schwellerboden angebunden ist. Die Seitencrash-Verstärkung und die Traktionsbatterie können dabei bevorzugt in der Fahrzeughochrichtung auf gleicher Höhe angeordnet sein, um einen wirkungsvollen Abbau von Seitencrash-Energie zu gewährleisten.
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Bei der obigen Traktionsbatterie-Anbindung kann die untere Profilwand des Schwellerinnenteils eine Anbindungsbasis (speziell Anschraubbasis) zur Anbindung der Traktionsbatterie von fahrzeugunten bilden. In Doppelfunktion kann die untere Profilwand des Schwellerinnenteils zudem als Anbindungsbasis zur Anbindung des fahrzeugunteren Schließteils wirken, wie später noch beschrieben ist.
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In der Zusammenbaulage kann das Schließteil unter kraftübertragender Überbrückung der Spaltbreite der KTL-Öffnung an zumindest einer fahrzeugäußeren Anbindungsstelle an der unteren Profilwand des Schwelleraußenteils angebunden sein, sowie an zumindest einer fahrzeuginneren Anbindungsstelle an der unteren Profilwand des Schwellerinnenteils angebunden sein. Das fahrzeuguntere Schließteil kann dabei bevorzugt in der Fahrzeuglängsrichtung leistenförmig langgestreckt sein, um die KTL-Öffnung in der Fahrzeuglängsrichtung komplett zu schließen.
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Das Schließteil kann im Hinblick auf einen reduzierten Bauraumbedarf ein bauteilsteifes Flachprofilteil, insbesondere ein Blechteil, sein, das materialähnlich und/oder materialidentisch wie das Schwellerinnenteil und das Schwelleraußenteil ausgebildet ist. In der Zusammenbaulage kann das Schließteil für eine kraftübertragende, bauteilsteife Überbrückung der KTL-Öffnung einen horizontalen, flächigen Grundkörper aufweisen. Zur Realisierung der fahrzeugäußeren Anbindungsstelle kann vom Schließteil-Grundkörper ein fahrzeugäußerer Fügeflansch vertikal nach fahrzeugunten abragen. Dieser kann in der Fahrzeugquerrichtung nach fahrzeugaußen an einem Randflansch der unteren Profilwand des Schwelleraußenteils angebunden sein, und zwar bevorzugt unter Bildung einer vertikalen Fügeebene.
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Zur Realisierung der fahrzeuginneren Anbindungsstelle kann der Schließteil-Grundkörper nach fahrzeuginnen mit einem horizontalen fahrzeuginneren Fügeflansch verlängert sein. Dieser kann in einer horizontalen Fügeebene mit einem ebenfalls horizontal ausgerichteten Randflansch der unteren Profilwand des Schwellerinnenteils angebunden sein.
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Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
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Es zeigen:
- 1 in einer Seitenansicht ein Fahrzeug;
- 2 eine vergrößerte Teilschnittdarstellung entlang der Schnittebene A-A aus der 1;
- 3 ein Blockschaltdiagramm zur Veranschaulichung einer Prozesskette zur Fahrzeugherstellung;
- 4 eine Teilansicht von fahrzeugunten auf den Schwellerboden.
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In der 1 ist ein elektrisch betriebenes Fahrzeug gezeigt. In der Bodengruppe der Karosseriestruktur des Fahrzeugs ist eine Traktionsbatterie 1 (2) positioniert, die sich in der Fahrzeugquerrichtung y zwischen seitlichen Schwellern 3 erstreckt, von denen in den Figuren jeweils nur einer gezeigt ist. Jeder der Schweller 3 begrenzt in der Fahrzeuglängsrichtung x zwischen einer A-Säule 5 und einer B-Säule 7 bodenseitig eine vordere Seitentüröffnung. Diese ist in der 1 mittels einer schwenkbar angelegten Fahrzeugtür 9 schließbar. Zwischen der B-Säule 7 und der C-Säule 11 begrenzt der Schweller 3 bodenseitig eine hintere Seitentüröffnung, die mittels einer in Fahrzeuglängsrichtung x verstellbaren Schiebetür 13 schließbar ist.
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Der in der 2 und 4 gezeigte Schweller ist als ein Hohlträger ausgebildet, und zwar mit einem in der Fahrzeugquerrichtung y fahrzeugäußeren Schwelleraußenteil und einem in der Fahrzeugquerrichtung y fahrzeuginneren Schwellerinnenteil. Diese definieren zusammen einen Schweller-Hohlraum 16. Im Schweller-Hohlraum 16 ist eine Seitencrash-Verstärkung 19 angeordnet, die in der 2 oder 4 aus einer Anzahl von einzelnen Crashkonsolen aufgebaut ist, die mit Abstand hintereinander in der Fahrzeuglängsrichtung x innerhalb des Schweller-Hohlraums 16 angeordnet sind.
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In der 2 ist das Schwellerinnenteil 14 im Querschnitt schalenförmig mit einer Innenwand 21 ausgebildet, von der in der Fahrzeugquerrichtung y nach fahrzeugaußen eine obere Profilwand 23 und eine untere Profilwand 25 abragen. In gleicher Weise ist das Schwelleraußenteil im Querschnitt schalenförmig mit einer Außenwand 27 ausgebildet, von der in der Fahrzeugquerrichtung y nach fahrzeuginnen eine obere Profilwand 29 und eine untere Profilwand 31 abragen. Die oberen Profilwände 23, 29 der Schwellerinnen- und -außenteile 14, 15 sind an einer oberen Flanschverbindung 33 miteinander kraftübertragend verbunden. Demgegenüber sind die unteren Profilwände 25, 31 der Schwellerinnen- und -außenteile 14, 15 in der Fahrzeugquerrichtung y über eine KTL-Öffnung 35 mit einer Spaltbreite Δy voneinander beabstandet. Die KTL-Öffnung 35 erstreckt sich in der 4 in der Fahrzeuglängsrichtung x über eine Spaltlänge Δx in etwa von der A-Säule 5 bis zur C-Säule 11, wobei die Spaltlänge Δx zumindest der Traktionsbatterie-Länge in der Fahrzeuglängsrichtung x entspricht. Die KTL-Öffnung 35 zwischen dem Schwellerinnenteil 14 und dem Schwelleraußenteil 15 führt zu einer Beeinträchtigung der Schweller-Lasttragfähigkeit. Zum Ausgleich (das heißt zur Wiederherstellung der Schweller-Lasttragfähigkeit) ist daher ein Schließteil 37 bereitgestellt, das die Spaltbreite Δy der KTL-Öffnung 35 kraftübertragend überbrückt. Das Schließteil 37 ist in den 2 und 4 als ein Flachprofilteil, insbesondere aus Blechmaterial, gefertigt, das in der Zusammenbaulage die KTL-Öffnung 35 komplett überdeckt.
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Das Schließteil 37 ist in der 2 an einer fahrzeugäußeren Anbindungsstelle A1 an der unteren Profilwand 31 des Schwelleraußenteils 15 angebunden. In gleicher Weise ist das Schließteil 37 an einer fahrzeuginneren Anbindungsstelle A2 an der unteren Profilwand 25 des Schwellerinnenteils 14 angebunden.
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Wie aus der 2 weiter hervorgeht, ist zur Realisierung der fahrzeugäußeren Anbindungsstelle A1 das Schließteil 37 mit einem horizontal ausgerichteten, flächigen Grundkörper 39 ausgebildet. Von diesem ragt ein fahrzeugäußerer Fügeflansch 41 vertikal nach fahrzeugunten ab. Der fahrzeugäußere Fügeflansch 41 ist in der Fahrzeugquerrichtung y nach fahrzeugaußen an einem Randflansch 43 der unteren Profilwand 31 des Schwelleraußenteils 15 angebunden, und zwar unter Bildung einer vertikalen Fügeebene xz.
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Zum Ausgleich von Bauteil- und/oder Fertigungstoleranzen beim Anbau des Schließteils 37 kann die fahrzeuginnere Anbindungsstelle A2 gemäß der 2 wie folgt realisiert sein. Demzufolge ist der Schließteil-Grundkörper 39 nach fahrzeuginnen mit einem horizontalen fahrzeuginneren Fügeflansch 45 verlängert. Dieser ist in einer horizontalen Fügeebene xy mit einem ebenfalls horizontal ausgerichteten Randflansch 47 der unteren Profilwand 25 des Schwellerinnenteils 14 angebunden.
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Gemäß der 2 ist somit das fahrzeuguntere Schließteil 37 Bestandteil des Schwellerbodens, und zwar zusammen mit der unteren Profilwand 31 des Schwelleraußenteils 15 und der unteren Profilwand 25 des Schwellerinnenteils 14.
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Die untere Profilwand 25 des Schwellerinnenteils 14 wirkt nicht nur als Anbindungsbasis für das fahrzeuguntere Schließteil 37, sondern zusätzlich auch als Anbindungsbasis zur Anbindung der Traktionsbatterie 1.
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Hierzu weist die Traktionsbatterie 1 einen Gehäuseflansch 48 auf, der den Schweller 3 von fahrzeugunten untergreift und an der unteren Profilwand 25 des Schwelleraußenteils 15 an Schraubstellen S (4) angeschraubt ist.
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Mit dem in der 2 oder 4 gezeigten Schweller-Aufbau wird die nachfolgende Prozesskette zur Fahrzeugherstellung ermöglicht, wie sie in dem Blockschaltdiagramm der 3 angedeutet ist: So wird die Karosseriestruktur mit noch nicht daran montiertem Schließteil 37 bereitgestellt und einem KTL-Prozess unterworfen. Im KTL-Prozess wird in einem ersten Prozessschritt eine Tauchlackierung auf die Karosseriestruktur aufgebracht. Anschließend wird in einem zweiten Prozessschritt die Karosseriestruktur in einen KTL-Ofen transferiert, in dem die Karosseriestruktur mit einer Heißluft-Strömung umströmt wird, um die Tauchlackierung thermisch auszuhärten. Nach erfolgtem KTL-Prozess wird das Schließteil 37 am Schweller 3 montiert.
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Der Kerngedanke der Erfindung besteht also allgemein darin, das Schließteil 37 erst nach dem KTL-Prozess am Schweller 3 zu verbauen. Damit ist die (aufgrund der vergleichsweise großen KTL-Öffnung 35) reduzierte Schweller-Lasttragfähigkeit wieder hergestellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Traktionsbatterie
- 3
- Schweller
- 5
- A-Säule
- 7
- B-Säule
- 9
- vordere Fahrzeugtür
- 11
- C-Säule
- 13
- Schiebetür
- 14
- Schwellerinnenteil
- 15
- Schwelleraußenteil
- 16
- Schweller-Hohlraum
- 19
- Seitencrash-Verstärkung
- 21
- Innenwand
- 23, 25
- obere/untere Profilwände des Schwellerinnenteils
- 27
- Außenwand
- 29, 31
- obere/untere Profilwände des Schwelleraußenteils
- 33
- Flanschverbindung
- 35
- KTL-Öffnung
- 37
- Schließteil
- 39
- Schließteil-Grundkörper
- 41
- äußerer Fügeflansch
- 43
- Randflansch des Schwelleraußenteils 15
- 45
- innerer Fügeflansch
- 47
- Randflansch des Schwellerinnenteils 14
- A1, A2
- Anbindungsstellen
- S
- Schraubstellen
- Δx
- Spaltlänge
- Δy
- Spaltbreite